基于土地利用的港城關系時空演變研究

李照宇，王天旻，王文淵，馬 杰

（1.山東省交通規劃設計院有限公司，山東濟南 250031；2.大連理工大學，海岸和近海工程國家重點實驗室，遼寧大連 116024）

引言

港口是城市社會經濟發展的重要引擎，也是城市空間結構塑造的重要力量[1]。我國是世界港口大國，近年來隨著港口和城市規模的不斷擴張，港口和沿海城市在空間結構與用地布局面臨著轉型發展的機遇和挑戰。推動港產城深度融合發展，加強港口與城鄉建設、產業布局的有效銜接[2]是建設世界一流強港的重要內容。要實現港口大國向世界一流港口強國的轉型，推動港口城市社會、經濟、環境的全面發展，有必要加強港口和城市空間組織與布局內在規律的研究。

針對港口與城市的時空演變，郭建科等[3]通過定性歸納，根據港城關系的發展階段總結為不同的發展時序。鄧星月[4]提出港口和城市的空間結構的組成，并探討了港口城市臨港區域空間的形態演變。Hoyle[5]從港口和城市發展周期的角度，把港城演化關系歸納總結為港口形成階段、港口擴張階段、港口工業化、港口用地退出城市濱水區、城市濱水區再復興、港口和城市恢復聯系6 個階段。在城市和港口相互作用方面，國內外已取得較多研究成果[6-16]。在城市和港口規劃銜接方面，劉永滿等[17]通過對港城關系的發展規律分析，提出港口規劃與城市規劃銜接中的重點問題。朱善慶等[18]以港口經濟理論為基礎，論證以港、產、城協調發展為核心的臨港經濟區規劃與相關規劃的關系。

目前已有研究從理論層面歸納港口與城市互動關系，但對于臨港區域土地利用劃分和各功能區演變的研究不足。本文基于港口和城市土地利用時空演變，提出了定量研究港城空間演化關系的方法體系，并以日照市1995 年～2018 年港城空間演變為例，定量分析港口和城市的空間演化模式。

1 研究區域

日照市位于山東省東南沿海，是較為典型的港口城市，臨港產業發展基礎雄厚，近年來城市發展較為迅速，2019 年在山東省統計核減的背景下，GDP 增長率高達7.2%。日照港現擁有石臼、嵐山兩港區，2019 年貨物吞吐量4.64 億t，位列全國沿海港口第8 位，山東省沿海港口第2 位。石臼、嵐山兩港區港城特征差異顯著，石臼港區背靠日照城市中心，臨港區域城市要素集聚；嵐山港區距離日照城市中心約40 公里，臨港區域城市功能相對較弱，臨港工業較為發達。通過石臼、嵐山兩港區港城發展的歷史演變情況，剖析、提煉兩港區港城時空演變規律特性，歸納港口建設與臨港區域土地利用變化關系，對于指導臨港區域土地合理開發和日照港城協同發展具有一定意義。

2 研究方法

2.1 土地利用初始分類

土地利用初始分類的主要過程如下：

1）根據研究區域經緯度獲取相應的分辨率為30×30m 的遙感衛星數據。研究數據來源見表1。在進行遙感影像選取時選擇研究區域對應的條帶號，數據范圍覆蓋整個研究區域，同時盡量保證所選影像的含云量最小；

表1 研究數據來源

2）對衛星圖像進行幾何校正、圖像融合、圖像鑲嵌、圖像裁剪等預處理[19]；

3）研究區域衛星圖像進行輻射定標和大氣校正，以實現DN 值與物理量的轉化以及消除大氣對遙感數據的影響；

4）進行監督分類、目視解譯和分類后處理等流程，完成對研究區域的土地利用初始分類。

參照LUCC 分類體系，結合港城關系實際研究需求，將研究區域土地分類初始分為耕地、林地、草地、城鎮用地、農村居民點、其他建設用地、未利用地、水域八類[20]。

2.2 臨港土地利用分類

王文淵等[21]通過對比研究臨港土地分類和城鄉用地分類，構建了港口及臨港土地利用分類體系。本文參考其分類體系，并根據日照市實際情況進行了調整，將港口用地和臨港用地定義為港城經濟區，并將其劃分為港區用地、臨港商務用地、臨港物流和倉儲用地、臨港工業用地、臨港旅游用地、臨港生活和公共服務用地6 類。根據土地利用初始分類和臨港土地利用分類標準，通過遙感衛星圖像監督分類、目視解譯和實地勘探，分別得到日照市1995 年、2000 年、2005 年、2010 年和2018 年土地分類。

2.3 臨港用地演化研究

石臼港區和嵐山港區1995 年、2000 年、2005年、2010 年和2018 年港城經濟區土地利用演變情況見圖1。

圖1 石臼、嵐山港區港城經濟區土地利用演變情況

提取港城經濟區內各土地利用分類的30×30 m柵格數量，計算得到日照港各土地利用分類的面積演變情況，見圖2 所示。根據計算結果，1995 年日照港城經濟區以港區用地、臨港生活和公共服務用地為主，其中臨港生活和公共服務用地占比達到90.9 %，臨港工業、物流倉儲、商務用地基本處于缺失狀態。1995 年以后臨港用地類型逐漸豐富，2005 年臨港工業用地達到7.9 km2，占比達到 11.9 %；臨港物流倉儲、商務、旅游功能得到一定發展，但發展較為緩慢。2005 年以后，港區用地增長迅速，同時臨港工業、物流倉儲、商務、旅游等得到了較大程度的發展，尤其是臨港工業發展最為迅速。2010 年臨港工業用地為22.5 km2，2018 年臨港工業用地增長至59.0 km2，占比達到25.5 %。1995年～2018 年港城經濟區整體發展趨勢主要表現為，港區用地、臨港工業、物流倉儲、商務、旅游、生活和公共服務用地等均呈現增長趨勢，2005 年～2010 年臨港生活和公共服務用地增速最快，2010年～2018 年臨港工業和物流倉儲用地增加最為迅猛。

圖2 日照市港城經濟區用地面積

2.4 港城關系宏觀分析

2.4 港城融合演化研究

為定量研究港城融合過程，定義港城經濟區空間中心，通過對不同歷史時期港城經濟區空間中心的轉移，分析臨港土地利用的變遷情況。將港口空間區域分為30×30 m 的柵格為單位像元，并以柵格中心點坐標作為單位像元位置坐標。通過對研究區域歷史年份土地利用分類演變進行對比，發現石臼港區臨港區域外存在與港城經濟區相臨近，但又與港口空間有一定空間隔絕的城鎮用地，定義其為城鎮空間中心。港城經濟區空間中心和城鎮空間中心分別通過式（1）、（2）進行計算。得到港城融合演化情況見表2。

從圖3 可直觀看到石臼港區和嵐山港區港城關系的時空演化趨勢，石臼港區港城演化關系為港城分離-融合-擴張型發展模式，嵐山港區港城演化關系為港口支點發散型發展模式。1995 年，石臼港區港城經濟區空間中心，與城鎮中心呈相對分離狀態，中間由耕地和農村居民點間隔。但經過港口的發展和城市的不斷擴張，2018 年兩者已完全融合并向四周進行發散式發展，屬于從港城分離逐漸融合，最后向四周擴張的發展模式。嵐山港區的港城發展模式與石臼港區不同，從發展初期城鎮環海而建，之后以港口為支點，繞阿掖山向東西兩側擴張，其中西部以臨港生活和公共服務、旅游用地為主，西北外圍逐漸發展工業；而東部港區后方以臨港工業和物流倉儲業為主，兼顧臨港生活和公共服務功能，港城經濟區空間中心逐步向內陸遷移。

圖3 石臼、嵐山港-城發展模式

為直觀對比港城經濟區歷史演變情況，根據不同年份港城經濟區用地面積和類型分布，計算港城經濟區空間中心的遷移情況，見圖4。圖中①-⑤分別為兩地1995 年、2000 年、2005 年、2010 年和2018 年港城經濟區空間中心。各時期嵐山、石臼區港城經濟區空間中心遷移情況見表2、表3。從圖表中可得，嵐山港區1995 年～2018 年港城經濟區空間中心一直從沿海向內陸移動，移動幅度最大同樣發生在2005 年～2010 年間，中心移動直線距離為1.93km，主要是由于臨港生活和公共服務、臨港工業、物流倉儲用地等向內陸延伸趨勢明顯。石臼港區在1995 年～2010 年的發展階段中，雖然港口用地和臨港其他功能用地均逐步增加，但是港城經濟區空間中心從沿海地區逐漸向內陸移動，尤其在③至④即2005 年～2010 年間移動幅度最大，中心移動直線距離達到2.3km。近幾年隨著石臼港區南作業區的建設以及周邊臨港區域土地的開發，2018年較2010 年港城經濟區空間中心向南發生偏移。預計未來隨著日照港東煤南移的實施和南作業區的持續開發，石臼港區港城經濟區重心將繼續南移，將呈現生活和公共服務用地、旅游、商務用地等城市功能為主的土地利用，與工業用地、倉儲物流用地等臨港產業功能為主的土地利用相對分離的發展趨勢。

圖4 日照市港城經濟區空間中心變遷過程

表2 嵐山港城經濟區空間中心遷移

表3 石臼港城經濟區空間中心遷移

3 結語

本文基于臨港土地利用分類體系，運用遙感圖像處理技術和地理信息分析方法，分析不同發展時期土地利用面積的變化和分布，得出港城經濟區空間中心位置的遷徙，歸納港城發展模式的特點。研究過程可作為分析港城空間演化的方法。本文以日照港石臼港區和嵐山港區為研究對象，得出結論如下：

1）隨著港口和城市的發展，日照港臨港地區土地功能由單一逐漸豐富，臨港工業、物流倉儲、商務、旅游功能得以發展。

2）日照港的發展與港城擴張相輔相成，港城經濟區空間中心整體上由沿海地區逐漸向內陸移動，但近幾年隨著石臼港區南作業區的建設以及周邊臨港區域土地的開發，石臼港區港城經濟區空間中心向南發生偏移。

3）通過對日照港港城關系的時空演化趨勢分析可知，石臼港區為港城分離-融合-擴張型發展模式，嵐山港區為港口支點發散型發展模式。

4）根據日照港城關系演變以及港區規劃，預計未來石臼港區港城經濟區重心將繼續逐步南移，嵐山港區港城經濟區重心逐步北移，兩港區臨港工業要素與城市生活要素之間的緩沖將進一步擴大。